Opcionális a Enenko fizikus tankönyvéhez 7-9
Nem lehet elképzelni a körülöttünk lévő világot folyadék nélkül. Bármelyik tulajdonsága magában foglalja a gravitáció hatására történő áramlás képességét, a nagyon nagy nyomású nyomás, a forralás, a hőmérséklet állandó tartása mellett sok más is. Ebben a cikkben megfontoljuk a folyadékok folyékonyságát és viszkozitását.
Különböző folyadékok folyékonysága különbözik. Például a vízforraló víz, még egy keskeny "orr" is kevesebb, mint egy perc alatt folyik ki, és például a méz vagy a sűrített tej sokkal lassabban öntik ki. Az ugyanazon folyadék folyékonysága szintén instabil - a hőmérséklet függvényében változhat. Például fűtött méz, észrevesszük, hogy egyre folyékonyabb. Egy példa a technikáról: ha az autó motorját hosszú ideig nem melegítik, akkor a kenőolaj sűrűsödik, és folyékonysága csökken, ami károsító tulajdonságainak jelentős romlását eredményezheti. Ezért különleges anyagokat adnak az olajhoz, így alacsony hőmérsékleten és a motor működésében bekövetkező megszakítások esetén jól áramlik.
A fluidum folyékonysága a részecskék (molekulák, atomok, ionok) mobilitásának köszönhető. Különböző folyadékok különböző fluiditását a különböző részecskék egyenlőtlen mobilitása magyarázza. Ha a folyadék molekulái összetettek, "elágazó" szerkezetük van, akkor kölcsönös mobilitásuk alacsony, mivel az "ágak" kölcsönös akadályt hoznak létre a részecskék egymás felé mozgatására.
Az ugyanolyan folyadék fluiditásának megváltozása a hőmérséklet változásával magyarázza a részecskék közötti távolságok méreteinek változása. Például, ahogy a hőmérséklet nő, a folyadékrészecskék közötti távolság nő, ami megkönnyíti a keresztirányú mozgásokat.
Hogyan lehet mérni és számszerűsíteni a különböző folyadékok folyékonyságát? A legegyszerűbb mód az ismert folyadékmennyiség áramlásának mérése egy keskeny cső (kapilláris) segítségével, amely ismert nyomáskülönbséggel rendelkezik a cső bemeneti és kimeneti részén. Ennek megfelelően az ilyen mérésekhez használt egység 1 Pa · s (pascal-second).
Az ábra egy eszközt mutat be, amely megvalósítja ezt a módszert - egy kapilláris viszkozimétert. Segítségével méréseket végezhet 10 μPa · s és 10 kPa · s között. A legegyszerűbb kapilláris viszkoziméter egy bizonyos térfogatú hajó, amelynek kapillárisa (az ábra felső része). A folyadékot a gravitáció hatására az edénybe öntjük, és ennek megfelelően egy bizonyos P nyomásesés következik be egy 2R átmérőjű kapillárissal és az L hosszúsággal egy másik edénybe.
A "viszkoziméter" (latin viskozus - viszkózus) készülék neve azt hangsúlyozza, hogy a folyékonyság és a viszkozitás egymással összefüggő fogalmak. Minél magasabb a viszkozitás, annál kisebb a folyékonyság és fordítva. Ha például különböző folyadékokat összekeverünk egy bottal vagy egy kanállal, akkor a mozgásukkal szembeni ellenállás jelenik meg. Ez akkor fordul elő, amikor egyes folyadékrétegek eltolódnak másokhoz képest, és belső súrlódásnak hívják. Ennek oka, hogy a folyadék részecskék mozgékonyak, ezért a külföldi mozgó tárgytól kapott kinetikus energia átkerül más részecskékre. Az energiának az előzőleg nyugalmi állapotban lévő folyadékrétegekre való átterjedése következtében a kevert réteg elveszíti a mozgó tárgytól kapott energiát. Ezt úgy érezzük, mint a mozgással szembeni ellenállást.
A fizikában a "fluiditás" fogalma helyett gyakrabban használják az ellenkező értelmű viszkozitású kifejezést. Ez azt jelenti, hogy a folyadékok képesek ellenállni egy rész (réteg) mozgásának egy másik részhez (réteghez) képest.
Tekintsük egy gömb mozgását egy folyadékban. A labdát közvetlenül szomszédos folyadékréteg ugyanolyan sebességgel mozog, mint a labda: a legvékonyabb folyadékréteget a mozgó labda veszi át. Ahogy elmozdulsz, a folyadék rétegei egyre kisebb sebességgel mozognak, ami nulla lesz a hajó álló falain. A súrlódás teljes ereje (mozgással szembeni ellenállás) alakul ki, elsősorban a számos (feltételes) folyadékréteg súrlódásának erőivel szemben, és a golyós súrlódási erő elhanyagolható. Ez az elv a gömb viszkozimétereken alapul. A design alapja egy golyó süllyedése egy csőben folyadékkal. A viszkoziméter méri az időtartamot, amikor a labda elhalad egy bizonyos távolságon. Ezután a speciális táblázatok szerint viszkozitási számítást végzünk.
A viszkozitás az anyagok fontos jellemzője. A viszkozitás értékét figyelembe kell venni a folyadékok átfolyósításán keresztül. Az olvadt fémek és salak viszkozitása nagyon fontos az acélgyártásban. A viszkozitást gyakran megítélik a termékek vagy félkész termékek készenléte vagy minősége, mivel a viszkozitás szorosan kapcsolódik az anyag szerkezetéhez, és tükrözi azokat a változásokat, amelyek a technológiai folyamatok során előfordulnak.
A viszkozimétereket a tudomány és a technológia különböző területein használják. Például az olaj és a kőolajtermékek, a kábítószerek, az emberi vér és más folyadékok viszkozitása. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy közvetetten megítéljük a folyadékok egyéb jellemzőit, amelyeket ilyen egyszerű módszerrel nem mérünk. Fontos megjegyezni, hogy a viszkozitás és a folyékonyság változik a hőmérsékleti ingadozásoktól. Ezért méréseket kell végezni, figyelembe véve a hőmérséklet állandóságát.